本發(fā)明涉及鋁合金成型領域，尤其涉及鋁鉻合金及其粉末冶金成型方法。
背景技術：
目前的中華人民共和國有色金屬行業(yè)標準中，關于鋁鉻中間合金的標準，只有鋁鉻中間合金 AlCr2，鋁鉻中間合金 AlCr2的成分標準 ：Cr 含量為 2.0-3.0wt％，余量為 Al，雜質(zhì) Cu 含量≤ 0.2wt％、Fe含量≤ 0.5wt％、熔化溫度為900-1000℃，易偏析 ；國標規(guī)定其生產(chǎn)工藝為：以鋁錠和鉻為原料，首先熔化鋁錠，再加入鉻，當達到鉻的熔煉溫度時，人工攪拌，作低倍分析，檢驗合格，澆鑄。采用國標生產(chǎn)工藝制得的鋁鉻中間合金的鉻含量較低，且由于鉻元素較活潑，該合金易發(fā)生偏析。在國內(nèi)已申請的相關專利中，專利《一種鋁鉻中間合金及其制備方法》（申請?zhí)枺?00910028727.X，公開日：2009-01-09）公開了一種鋁鉻中間合金及其制備方法，但在其生產(chǎn)過程中，由于沒有真空環(huán)境，除氣、除雜質(zhì)不充分；由于沒有對熔煉的坩堝材料進行限制，可能采用常規(guī)的鑄鐵坩堝，這樣會導致雜質(zhì)鐵的含量難以控制，由于采用的是非真空熔煉，且沒有采用電磁攪拌設備和粉末化工藝，其原始晶粒不夠細化，這就導致最終成品的鋁鉻合金在作為晶粒細化劑時能提供的形核數(shù)量少、分布不均勻、長成的晶粒尺寸大，同時，由于沒有采用粉末冶金的方式，無法采用鉻過飽合的配比（過飽合的話極易偏析，會導致中間合金錠成分不均勻，應用時稱量不準確），因此鉻含量低，即產(chǎn)品的效率較低；另一方面，該發(fā)明采用的方法與常規(guī)方法比，仍會產(chǎn)生難以處理的廢氣、廢渣，且由于沒有采用高效設備，整個工藝過程不易控制、最終制成的鋁鉻合金質(zhì)量不穩(wěn)定。專利《一種鋁鉻中間合金 AlCr20及其制備方法》（申請?zhí)枺?01510191542.6，公開日：2015-07-29）公開了一種采用鉻配比過飽合的配方進行生產(chǎn)，但由于沒有粉末化工藝，其偏析難以保證，而且由于直接采用高溫電爐進行熔煉，金屬液氧化程度必然高，而且升溫至1865℃-1890℃，鋁早已過燒或氣化，已經(jīng)無法繼續(xù)冶煉了。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種雜質(zhì)含量低、晶粒細、成份均勻、鉻硼含量高的鋁鉻合金及純凈度高、無污染物、無廢氣、易于控制、質(zhì)量穩(wěn)定、成品率高的冶金方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種鋁鉻合金粉末冶金成型方法，包括以下步驟：
1）原材料、輔材、工裝及設備的準備
①按如下重量份準備原材料：純度不低于99.95%的鋁錠70份-75份、純度不低于99.97%的鉻金屬粉末25-30份；
②準備如下輔材：氣體霧化用高純氬氣；
③準備如下工裝：銅制坩堝，該坩堝內(nèi)設置有循環(huán)水通道；霧化工裝，該工裝采用陶瓷材料制作；石墨坩堝，該石墨坩堝為下出口坩堝，下出口處設置有出口閥；模具，該模具采用不銹鋼制作；
④準備如下設備：真空感應熔煉爐，該真空感應熔煉爐內(nèi)設置有電磁攪拌裝置；氣體霧化設備；真空熱等靜壓爐；
⑤上述所有工裝及除真空感應熔煉爐之外的設備均設置在真空感應熔煉爐的爐腔內(nèi)；
2）合金的真空感應熔煉
①將1）中步驟①準備的原材料放入石墨坩堝，獲得熔池；
②將設置在石墨坩堝周圍的感應裝置與電源接通，待熔池內(nèi)的原材料熔化后，開啟電磁攪拌裝置進行除氣與均勻化處理，熔池內(nèi)溫度保持為820℃-850℃，保溫40min-50 min，獲得熔煉完成的母合金液；
3）母合金粉末的制備
①將1）中步驟②準備的氣體霧化用高純氬氣氣源與1）中步驟④準備的氣體霧化設備連接；將1）中步驟③準備的霧化工裝安裝在氣體霧化設備噴氣口；將1）中步驟③準備的銅制坩堝固定在與霧化工裝出口處氣流對應區(qū)域，并在銅制坩堝內(nèi)通入循環(huán)水；
②開啟氣源開關、開啟氣體霧化設備，保持氣壓5MPa-6MPa；
③緩慢打開設置在石墨坩堝下出口處的出口閥，至母合金液呈液滴形態(tài)均勻滴落，落入霧化工裝上部的管道中；高純氬氣在氣壓作用下吹散母合金液形成的液滴，形成霧化液，并帶著其沿固定軌跡運動，霧化液噴出；
④噴出的霧化液沿固定軌跡噴入內(nèi)部有循環(huán)水循環(huán)冷卻的銅制坩堝，并在銅制坩堝內(nèi)急冷成細微顆粒，待所有母合金液霧化完畢后，收集銅制坩堝內(nèi)的細微顆粒，即獲得所需母合金粉末；
4）粉末冶金成型
①將3）中步驟③獲得的母合金粉末攪拌均勻后填充滿1）中步驟③準備的模具中；
②將盛裝了母合金粉末的模具放入1）中步驟④準備的真空熱等靜壓爐中；
③抽真空至不高于1×10-4Pa，加熱至600℃-620℃，加壓至210MPa -240Mpa，保持6h-8h；
④步驟③完成后，隨爐冷卻30min-50min后出爐空冷；
⑤脫模，即獲得所需鋁鉻合金。
根據(jù)上述方法獲得的鋁鉻合金，該鋁鉻合金按重量比含鋁70%-75%、鉻25%-30%。
與現(xiàn)有技術比較，本發(fā)明由于采用了上述方案，具有以下優(yōu)點：由于合金熔煉時便采用了真空感應熔煉工藝，真空環(huán)境中的低氣體壓力使冶煉的物理過程發(fā)生了改變，有利于氣體的脫出，在真空條件下，物質(zhì)的物理性質(zhì)會發(fā)生改變，沸騰溫度會降低；真空條件下，金屬熔化時原來夾雜在金屬中的氣體放出后能很快離開金屬熔液被真空泵抽走。原來金屬與氣體生成的化合物，在熔煉過程中分解放出的氣體也很快被真空泵抽走；在真空條件下，溫度、粘度、透氣性都有改變，隨冶煉溫度的升高，金屬的濕含量降低、粘度降低、透氣性變好，使得熔煉過程中氣體夾雜物減少，更容易脫氣；同時金屬在真空中精煉不會形成氣孔或中間夾雜；金屬雜質(zhì)或氧化物在真空中形成氣體之后其分子直徑很小且分散性好，因此在真空中多原子分子傾向于分解成較少原子組成的分子，形成的氣體分子很小，粒徑一般在1-10nm，容易被真空系統(tǒng)抽走；因此采用真空感應熔煉爐進行的原始熔煉使得母合金內(nèi)雜質(zhì)及含氣量達到極低的水平，母合金純凈度高；由于是采用的石墨坩堝進行熔煉，不會有新的鐵元素及鑄鐵內(nèi)含雜質(zhì)元素進入合金，也保證了母合金的純凈度；由于是與氣體霧化工裝及氣體霧化設備無縫連接，這些裝置內(nèi)又充滿了高純氬氣，母合金液采用下出口流出，所以整個過程中均不會發(fā)生二次氧化的現(xiàn)象，再次保證了母合金粉末的純凈度；綜上，合金的純凈度得到了最大限度的保障；由于采用了電磁攪拌設備，使熔煉過程中的金屬液在真空環(huán)境下不斷不定向流動，既提高了雜質(zhì)及氣體的排出、上升比例，又均勻化了成份，使母合金液更加均勻，為后續(xù)的粉末質(zhì)量打好了基礎；由于采用了專用的霧化工裝與水冷銅模，使得保護及霧氣氣體的出口氣壓可以達到更高（5MPa-6MPa），并使得氣體流動更均勻，霧化程度更高、更細、更均勻，因此能獲得不需過篩即足夠細化、均勻的母合金粉末，成品率接近100%，同時，無論過飽合度多高，此時也已完全均勻化，不會出現(xiàn)因為成本不均勻而致使用性能不均勻的影響；采用合適的真空熱等靜壓成型，提升了合金的致密程度，進一步降低了氣含量，同時也使合金錠的各向異性好，隨爐冷卻的過程更使得內(nèi)應力分配均勻，在使用時便不會對形核的均勻性造成影響；由于全程均采用高效設備進行控制，因此本冶金方法易于控制、質(zhì)量穩(wěn)定。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
圖中：石墨坩堝1、熔池2、霧化工裝3、氣體霧化設備4、高純氬氣5、銅制坩堝6、循環(huán)水通道7、感應裝置8、出口閥9。
具體實施方式
實施例1：
一種鋁鉻合金，該鋁鉻合金按重量比含鋁75%、鉻25%。
該鋁鉻合金粉末冶金成型方法，包括以下步驟：
1）原材料、輔材、工裝及設備的準備
①按如下重量份準備原材料：純度不低于99.95%的鋁錠75份、純度不低于99.97%的鉻金屬粉末25份；
②準備如下輔材：氣體霧化用高純氬氣5；
③準備如下工裝：銅制坩堝6，該坩堝內(nèi)設置有循環(huán)水通道7；霧化工裝3，該工裝采用陶瓷材料制作；石墨坩堝1，該石墨坩堝1為下出口坩堝，下出口處設置有出口閥9；模具，該模具采用不銹鋼制作；
④準備如下設備：真空感應熔煉爐，該真空感應熔煉爐內(nèi)設置有電磁攪拌裝置；氣體霧化設備4；真空熱等靜壓爐；
⑤上述所有工裝及除真空感應熔煉爐之外的設備均設置在真空感應熔煉爐的爐腔內(nèi)；
2）合金的真空感應熔煉
①將1）中步驟①準備的原材料放入石墨坩堝1，獲得熔池2；
②將設置在石墨坩堝1周圍的感應裝置8與電源接通，待熔池2內(nèi)的原材料熔化后，開啟電磁攪拌裝置進行除氣與均勻化處理，熔池2內(nèi)溫度保持為820℃，保溫40min，獲得熔煉完成的母合金液；
3）母合金粉末的制備
①將1）中步驟②準備的氣體霧化用高純氬氣5氣源與1）中步驟④準備的氣體霧化設備4連接；將1）中步驟③準備的霧化工裝3安裝在氣體霧化設備4噴氣口；將1）中步驟③準備的銅制坩堝6固定在與霧化工裝3出口處氣流對應區(qū)域，并在銅制坩堝6內(nèi)通入循環(huán)水；
②開啟氣源開關、開啟氣體霧化設備4，保持氣壓5MPa；
③緩慢打開設置在石墨坩堝1下出口處的出口閥9，至母合金液呈液滴形態(tài)均勻滴落，落入霧化工裝3上部的管道中；高純氬氣5在氣壓作用下吹散母合金液形成的液滴，形成霧化液，并帶著其沿固定軌跡運動，霧化液噴出；
④噴出的霧化液沿固定軌跡噴入內(nèi)部有循環(huán)水循環(huán)冷卻的銅制坩堝6，并在銅制坩堝6內(nèi)急冷成細微顆粒，待所有母合金液霧化完畢后，收集銅制坩堝6內(nèi)的細微顆粒，即獲得所需母合金粉末；
4）粉末冶金成型
①將3）中步驟③獲得的母合金粉末攪拌均勻后填充滿1）中步驟③準備的模具中；
②將盛裝了母合金粉末的模具放入1）中步驟④準備的真空熱等靜壓爐中；
③抽真空至1×10-4Pa，加熱至600℃，加壓至210MPa，保持6h；
④步驟③完成后，隨爐冷卻30min后出爐空冷；
⑤脫模，即獲得所需鋁鉻合金。
實施例2：
一種鋁鉻合金，該鋁鉻合金按重量比含鋁70%、鉻30%。
該鋁鉻合金粉末冶金成型方法，包括以下步驟：
1）原材料、輔材、工裝及設備的準備
①按如下重量份準備原材料：純度不低于99.95%的鋁錠70份、純度不低于99.97%的鉻金屬粉末30份；
②準備如下輔材：氣體霧化用高純氬氣5；
③準備如下工裝：銅制坩堝6，該坩堝內(nèi)設置有循環(huán)水通道7；霧化工裝3，該工裝采用陶瓷材料制作；石墨坩堝1，該石墨坩堝1為下出口坩堝，下出口處設置有出口閥9；模具，該模具采用不銹鋼制作；
④準備如下設備：真空感應熔煉爐，該真空感應熔煉爐內(nèi)設置有電磁攪拌裝置；氣體霧化設備4；真空熱等靜壓爐；
⑤上述所有工裝及除真空感應熔煉爐之外的設備均設置在真空感應熔煉爐的爐腔內(nèi)；
2）合金的真空感應熔煉
①將1）中步驟①準備的原材料放入石墨坩堝1，獲得熔池2；
②將設置在石墨坩堝1周圍的感應裝置8與電源接通，待熔池2內(nèi)的原材料熔化后，開啟電磁攪拌裝置進行除氣與均勻化處理，熔池2內(nèi)溫度保持為850℃，保溫50min，獲得熔煉完成的母合金液；
3）母合金粉末的制備
①將1）中步驟②準備的氣體霧化用高純氬氣5氣源與1）中步驟④準備的氣體霧化設備4連接；將1）中步驟③準備的霧化工裝3安裝在氣體霧化設備4噴氣口；將1）中步驟③準備的銅制坩堝6固定在與霧化工裝3出口處氣流對應區(qū)域，并在銅制坩堝6內(nèi)通入循環(huán)水；
②開啟氣源開關、開啟氣體霧化設備4，保持氣壓6MPa；
③緩慢打開設置在石墨坩堝1下出口處的出口閥9，至母合金液呈液滴形態(tài)均勻滴落，落入霧化工裝3上部的管道中；高純氬氣5在氣壓作用下吹散母合金液形成的液滴，形成霧化液，并帶著其沿固定軌跡運動，霧化液噴出；
④噴出的霧化液沿固定軌跡噴入內(nèi)部有循環(huán)水循環(huán)冷卻的銅制坩堝6，并在銅制坩堝6內(nèi)急冷成細微顆粒，待所有母合金液霧化完畢后，收集銅制坩堝6內(nèi)的細微顆粒，即獲得所需母合金粉末；
4）粉末冶金成型
①將3）中步驟③獲得的母合金粉末攪拌均勻后填充滿1）中步驟③準備的模具中；
②將盛裝了母合金粉末的模具放入1）中步驟④準備的真空熱等靜壓爐中；
③抽真空至5×10-5Pa，加熱至620℃，加壓至240Mpa，保持8h；
④步驟③完成后，隨爐冷卻50min后出爐空冷；
⑤脫模，即獲得所需鋁鉻合金。
本發(fā)明尤其適用于用于航空航天精工產(chǎn)品的鋁鉻中間合金。
對所公開的實施例的上述說明，僅為了使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。